badania wŁaŚciwoŚci lipofilowych …...kerns e.h. and di l. drug-like properties: concepts,...
Post on 04-Jul-2020
0 Views
Preview:
TRANSCRIPT
BADANIA WŁAŚCIWOŚCI LIPOFILOWYCH ZWIĄZKÓW
PRZECIWUTLENIAJĄCYCH
Katedra Chemii Analitycznej, Wydział Chemiczny
Tomasz Chmiel, Agata Kot-Wasik, Jacek Namieśnik
Gdańsk 03.11.2017
Lipofilowość – definicja IUPAC*
LIPOFILOWOŚĆ – właściwość fizykochemiczna wyrażająca
powinowactwo cząsteczki lub ugrupowania chemicznego do
środowiska lipofilowego.
Jest to miara zdolności cząsteczek związku chemicznego do
rozpuszczania się w tłuszczach, olejach oraz rozpuszczalnikach
niepolarnych.
Powinowactwo – jest to tendencja cząsteczki do wiązania się z inną
Hydrofobowość – to asocjacja niepolarnych grup lub cząsteczek w
środowisku wodnym, która wynika z tendencji wody do wykluczania
cząsteczek niepolarnych. To miara zdolności cząsteczek
chemicznych do odpychania od siebie cząsteczek wody.
* Wermuth C.G. et al. Glossary of terms used in medicinal chemistry (IUPAC Recommendations 1998),
Pure & Appl. Chem. 70 (1998), 1129.
Jakie znaczenie ma lipofilowość i dlaczego
jej pomiar jest istotny?
Substancja czynna
(przeciwutleniacz, składnik
leku, witamina)
Bariera
krew-mózg
Sekrecja
przez nerki
Resorpcja
Wydzielanie
jelitowe
Wchłanianie
jelitowe
Wychwytywanie
przez wątrobę
Wydalanie z
wątroby
Wydzielanie
żółci
jedna z najważniejszych właściwości
fizykochemicznych związków biologicznie
czynnych wpływających na ich aktywność
biologiczną,
umożliwia przewidywanie profilu
wchłaniania, dystrybucji, metabolizmu
i wydalania (tzw. profil ADME), czyli
zachowania się substancji w organizmie
człowieka po jej podaniu,
pozwala określić możliwości wiązania z
odpowiednim receptorem,
podział substancji między fazę wodą i
organiczną może stanowić model podziału
in vivo.
Lipofilowość – jak ilościowo jest wyrażana
Lipofilowość (zgodnie z definicją IUPAC) jest opisywana poprzez
zjawisko podziału miedzy dwie niemieszające się fazy, zarówno w
układzie ciecz-ciecz (np. octanol/woda) jak i ciało stałe/ciecz (metody
chromatograficzne).
Ilościowo lipofilowość jest wyrażana jako współczynnik podziału (P).
Współczynnik podziału – stosunek stężeń substancji w fazie
niepolarnej (organicznej) i polarnej (głównie wodnej) w stanie równowagi.
Wyrażany zazwyczaj w skali logarytmicznej (log P).
[Boct] – stężenie w fazie niepolarnej, np. 1-oktanol
[Bwater] – stężenie w fazie polarnej, np. bufor wodny
(TRIS-HCl; pH 7,4)
P – współczynnik podziału substancji występującej
wyłącznie w formie niezjonizowanej (obojętnej)
Lipofilowość – jak ilościowo jest wyrażana
Współczynnik dystrybucji (D) – stosunek sumy stężeń wszystkich
form danej substancji (zjonizowanych i niezjonizowanych) w każdej
z dwóch niemieszających się faz, niepolarnej (organicznej) i polarnej
(wodnej). Zależy od pH roztworu (głównie wodnego), a tym samym od
stałej dysocjacji substancji (pKa).
Dla substancji nieulegających jonizacji log D = log P
Wpływ lipofilowości na biodostępność
substancji
Ogólnym warunkiem dla optymalnego wchłanianie substancji z
przewodu pokarmowego na drodze dyfuzji pasywnej po doustnym
podaniu jest umiarkowana wartość log P (zakres 0 – 3).
Dobra równowaga między
przenikalnością i rozpuszczalnością
Bardziej niepolarna i słabiej
rozpuszczalna w wodzie
Bardziej polarna, słabsza przenikalność
przez dwuwarstwę lipidową
Kerns E.H. and Di L. Drug-like Properties: Concepts, Structure Design and Methods
from ADME to Toxicity Optimization
Lipofilowość – metody wyznaczania
Metody doświadczalne:
klasyczna metoda ekstrakcyjna w układzie oktanol-woda (tzw. metoda
shake-flask),
metoda elektrochemiczna,
metoda RP-TLC, tj. chromatografia cienkowarstwowa w odwróconym
układzie faz,
metoda RP-HPLC, czyli wysokosprawna chromatografia cieczowej w
odwróconym układzie faz. Badania tą metodą można prowadzić w układzie
HPLC z:
- elucją izokratyczną;
- elucją gradientową (zastosowanie odpowiednich substancji wzorcowych).
Metody teoretyczne (obliczeniowe):
programy komputerowe wykorzystujące algorytmy oparte na różnych
uwarunkowaniach (np. atomistycznych) struktury chemicznej związku (np.
ALOGPS, ChemOffice, Dragon, ChemAxon).
Pomiar lipofilowości metodą RP-HPLC
współczynnik retencji (k) substancji rozpuszczonej jest proporcjonalny do średniej liczby
cząsteczek w fazie stacjonarnej podzielonej przez średnią liczbę cząsteczek w fazie ruchomej,
retencję substancji rozpuszczonej reguluje dynamiczna stała równowagi podziału (K) związku
między fazę ruchomą i stacjonarną.
w metodzie tej substancje
eluują w kolejności od
najbardziej polarnych (ściśle
najbardziej hydrofilowych) do
niepolarnych (najbardziej
lipofilowych),
Pomiar lipofilowości metodą RP-HPLC
W metodzie HPLC jako faz stacjonarną wykorzystuje się najczęściej żel
krzemionkowy zmodyfikowaną warstwą hydrofobową złożoną z
podstawników C18 (tzw. kolumny typu C18)
Możliwe jest również zastosowanie biomimetycznych faz stacjonarnych,
np. kolumny z unieruchomioną sztuczną błoną biologiczną (tzw.
kolumny IAM).
fazę stacjonarną stanowi fosfatydylocholina (PC) związana z krzemionką,
Model dwuwarstwy lipidowej w kolumnie IAM
Polarna
„głowa”
Niepolarny
„ogon” PC
unieruchomione cząsteczki fosfolipidów naśladują środowisko
lipidowe błony komórkowej co umożliwia przewidywanie (a)
interakcji analitu z błoną biologiczną czy (b) wchłaniania przez błonę
komórkową (np. w jelicie),
współczynnik retencji (k) związku określony dla kolumny IAM jest
proporcjonalny do jego powinowactwa (współ. podziału, K) do
fosfolipidów zgodnie z równaniem:
gdzie
Wyznaczanie lipofilowości w układzie HPLC
z elucją izokratyczną – kolumna RP-C18
Procedura wyznaczania lipofilowości (parametry log kw i CHI)
Faza stacjonarna – kolumna Purospher STAR RP-C18e
Faza ruchoma – metanol/woda (zakres 40-60% MeOH)
Nazwa
związku
MeOH
[%]
tR [min] log k log kw CHI (0)
GE
NIS
TE
INA
40 15,015 1,042
2,874 62,45
45 9,085 0,799
50 5,715 0,562
55 3,652 0,343
60 2,587 0,119
Równanie Snydera-Soczewińskiego
log kw – chromatograficzny współczynnik podziału (przecięcie z osią y; odpowiada fazie zawierającej wyłącznie wodę);
– udział metanolu w fazie ruchomej; CHI (0) – indeks hydrofobowości (gdy k = 1, czyli log k = 0);
k – współczynnik retencji; tR i t0 – odpowiednio czas retencji i czas martwy
Wyznaczanie lipofilowości w układzie HPLC
z elucją gradientową – kolumna IAM
Procedura wyznaczania lipofilowości (parametry CHI i log P)
Faza stacjonarna – kolumna IAM.PC.DD2 (100 x 4,6 mm)
Fazy ruchome – (A) 50 mM octan amonu (pH 7,4) (B) Acetonitryl
Program elucji gradientowej =>
Faza stacjonarna
Indeks hydrofobowości (CHI) wyznaczony w warunkach
izokratycznych (dla substancji wzorcowych) jest liniowo
powiązany z czasem retencji tych substancji wyznaczonym w
warunkach elucji gradientowej. Subst. wzorcowa tR [min] CHI IAM
paracetamol 2.448 2.9
acetanilide 3.037 11.5
acetophenone 3.436 17.2
propiophenone 3.987 25.9
butyrophenone 4.363 32.0
valerophenone 4.673 37.3
hexanophenone 4.931 41.8
heptanophenone 5.154 45.7
octanophenone 5.356 49.4
top related